管道陰極保護(hù)的現(xiàn)狀及其方法

徐鋒

摘要 鋼管在我的使用非常普遍，而對(duì)于鋼管的防腐措施一般都采用陰極保護(hù)，在我國(guó)大多數(shù)光管上都采用了這個(gè)技術(shù)，而且收獲頗多。本文就對(duì)陰極保護(hù)的原理以進(jìn)行了介紹，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外陰極保護(hù)的應(yīng)用狀況進(jìn)行分析。雖然陰極保護(hù)在中國(guó)使用非常廣泛，但是不得不說(shuō)還存在不少問(wèn)題，本文針對(duì)實(shí)際情況提出了陰極保護(hù)發(fā)展的不足之處和改進(jìn)措施，希望能夠陰極保護(hù)技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)—份力量。

1.我國(guó)陰極保護(hù)的現(xiàn)狀

說(shuō)到陰極保護(hù)的發(fā)展就要從1958年說(shuō)起，那一年正是該技術(shù)誕生的時(shí)候，那個(gè)時(shí)候陰極保護(hù)還處于小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)階段，到了六十年代陰極保護(hù)展示出了它的實(shí)用價(jià)值，在各大油田里面都用到了該技術(shù)。上個(gè)世紀(jì)七十年代，中國(guó)開始了長(zhǎng)輸管道的建設(shè)工程，所以陰極保護(hù)技術(shù)就越發(fā)地顯示出了它的重要性，它能夠提高底下管道的抗腐蝕性能，讓管道的使用年限增長(zhǎng)，使管道的安全得到了保證。因?yàn)榭萍妓降南拗?，所以?guó)內(nèi)還沒(méi)有高端的技術(shù)來(lái)進(jìn)行陰極保護(hù)檢測(cè)，所以在對(duì)這些管道進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候采用的最多的還是依靠人力。由于缺少自動(dòng)通/斷電系統(tǒng)，因此最后只能測(cè)出通電電位，這里面含有IR降，這和現(xiàn)在通行的標(biāo)準(zhǔn)是不相符的。在遙測(cè)領(lǐng)域，也有不少科研專家對(duì)此進(jìn)行研究，不過(guò)因?yàn)橥庠跅l件的限制，在這個(gè)方面沒(méi)有取得大的突破。也有不少機(jī)構(gòu)借助管體作為介質(zhì)來(lái)研究遙測(cè)，甚至在多個(gè)管道上使用這個(gè)方案。也有人試圖用通信線路為通道的陰極保護(hù)遙測(cè)，該方法雖然可行，不過(guò)也僅限于測(cè)量一般的電位。陜京線把陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量納入了數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控（sCADA）系統(tǒng)，從現(xiàn)在情況來(lái)看，該系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)最優(yōu)秀的，能夠測(cè)出多個(gè)電位。

2.陰極保護(hù)的原理

前蘇聯(lián)學(xué)者H.Ⅱ.托馬曉夫?qū)﹃帢O保護(hù)的闡述是借助了三電極模型。在這個(gè)模型里面，腐蝕體系充當(dāng)?shù)氖嵌搪范姵氐慕巧?，在該體系上增加一個(gè)新的電極，也就是第三個(gè)電極，因?yàn)樗某霈F(xiàn)，原來(lái)的二元電池就和之前的有所不同了，新的電極zn替代了A（陽(yáng)極），向K（陰極）提供電子，便使A不再腐蝕。鐵的E2pH圖也是構(gòu)成了化學(xué)保護(hù)的一個(gè)知識(shí)內(nèi)容。從熱力學(xué)理論獲得的E2pH圖中可以看出，當(dāng)pH的數(shù)值處于7，鐵呈現(xiàn)的狀態(tài)是活化腐蝕，它的電位可能會(huì)向上也可以向下，不管是哪種情況，都可以起到很好的保護(hù)作用。而這種借助陽(yáng)極保護(hù)或者陰極保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的原理，能夠讓金屬的抗腐蝕性變得更好，從而降低腐蝕的程度，這就是所謂的化學(xué)保護(hù)。當(dāng)金屬的電位平衡之后，再通過(guò)陰極電流，金屬的電位就會(huì)發(fā)生變化，從原先的狀態(tài)向負(fù)偏移轉(zhuǎn)變，這樣金屬就處于保護(hù)的狀態(tài)，不再被腐蝕了。因?yàn)檫@里面通過(guò)的電流是陰極電流，所以這樣的方法也被成為陰極保護(hù)，實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)的手段有兩種，施加強(qiáng)制電流或者犧牲陽(yáng)極都可以達(dá)到目的。

3.陰極保護(hù)的方法

3.1犧牲陽(yáng)極法

犧牲陽(yáng)極法就是讓被保護(hù)的金屬和另一種金屬或者合金鏈接在一起，被鏈接的金屬或合金的電位比被保護(hù)的金屬更負(fù)。犧牲陽(yáng)極的性質(zhì)比較活潑。所以在電解液里面它開始溶解的速度非?？?，很快就能釋放電流讓金屬金屬陰極極化，這樣就可以讓金屬得到保護(hù)。

3.2強(qiáng)制電流法

強(qiáng)制電流法被保護(hù)的電流因?yàn)橥獠恐绷麟娫吹妮斎攵a(chǎn)生陰極電流，于是就出現(xiàn)了陰極極化的狀態(tài)，這樣就能夠讓金屬得到保護(hù)。強(qiáng)制電流法和眾多的因素密切相關(guān)，比如陽(yáng)極、參比電極、直流電源和連接電纜都是必不可少的。通過(guò)輔助陽(yáng)極能偶讓電流進(jìn)入到被保護(hù)的金屬當(dāng)中，所以陽(yáng)極工作的時(shí)候就是處于電解環(huán)境里面。

3.3排流保護(hù)

所謂的排流保護(hù)指的是在電流比較散雜的情況下，對(duì)這些電流進(jìn)行排除對(duì)被保護(hù)構(gòu)筑物施加陰極保護(hù)。一般而言，有三種方式都可以用來(lái)進(jìn)行排流保護(hù)：

第一個(gè)方法是直接排流。

如果散雜電流干擾電位極性沒(méi)有太大波動(dòng)的時(shí)候，可以借助電纜把被保護(hù)金屬和干擾因素連接在一起，讓雜散的電流能夠排除。這個(gè)方案雖然操作便捷，但是要是判斷的不夠精準(zhǔn)，那么很可能適得其反讓雜散的電流更多。

第二個(gè)方法是極性排流。當(dāng)雜散電流干擾電位極性正負(fù)交變時(shí)，能夠借助二極管讓雜散電源回到干擾源，因?yàn)槎O管在輸送電流的時(shí)候只能單方向輸送，把雜散電流朝正向排出，而負(fù)向的就用被當(dāng)做陰極保護(hù)?，F(xiàn)在，極性排流法比較常用。

第三個(gè)方法就是強(qiáng)制排流。前面提到的直接排流法和極性排流都是在排流的過(guò)程當(dāng)中才能實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用，而沒(méi)有進(jìn)行排流的時(shí)候，金屬就不能得到很好的保護(hù)作用。針對(duì)這個(gè)弊端，于是就有了強(qiáng)制排流這個(gè)方法。在無(wú)雜散電流時(shí)通過(guò)整流器供給保護(hù)電流，如果出現(xiàn)雜散電流就借助排流來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。一般情況下，強(qiáng)制排流采用的都是恒電位儀，在進(jìn)行排流保護(hù)的時(shí)候也會(huì)有一部分的保護(hù)電流輸出。

4.陰極保護(hù)條件

要進(jìn)行陰極保護(hù)，需要滿足一下幾個(gè)特質(zhì)：

首先，腐蝕介質(zhì)要具備導(dǎo)電性，這樣才能產(chǎn)生完整的電路。舉例來(lái)說(shuō)，我們常見(jiàn)的土壤、水還有酸堿鹽溶液都具有導(dǎo)電性能夠進(jìn)行陰極保護(hù)。但是氣體則沒(méi)有導(dǎo)電性，所以不能進(jìn)行陰極保護(hù)。但是近年來(lái)科技不斷發(fā)展，科研力度也在加強(qiáng)，在特定的情況下氣體也能進(jìn)行陰極保護(hù)。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，是在被保護(hù)的金屬表面上涂上一層導(dǎo)電的固體電解質(zhì)，才能夠進(jìn)行陰極保護(hù)。

其次，被保護(hù)的金屬在進(jìn)行陰極保護(hù)的時(shí)候進(jìn)行陰極極化的速度要快，如果速度太慢那么就會(huì)消耗很多電量，對(duì)于陰極保護(hù)的進(jìn)行就會(huì)非常不利。不少金屬都能夠用來(lái)陰極保護(hù)，比如說(shuō)鋼鐵、銅、鋁、鉛等。在這個(gè)過(guò)程里面，陰極反應(yīng)會(huì)讓極附近溶液的PH指上升。一些和鋁、鉛這樣的兩性金屬極有可能很快被腐蝕，產(chǎn)生不良后果。所以，在對(duì)兩性金屬進(jìn)行陰極保護(hù)的時(shí)候，負(fù)電位一幾何上的”屏蔽作用”，避免出現(xiàn)各種負(fù)效應(yīng)。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于大型儲(chǔ)罐的官邸進(jìn)行保護(hù)，采用周邊淺埋陽(yáng)極時(shí)，會(huì)出現(xiàn)罐底邊緣電位過(guò)負(fù)的狀況，但是罐中心的部分沒(méi)有達(dá)到最小保護(hù)電位。

還有，要想進(jìn)行陰極保護(hù)就必須要滿足電絕緣的條件，要想讓電流的密度下降，就需要用到蓋層絕緣。如果被保護(hù)的金屬和沒(méi)有被保護(hù)的金屬?zèng)]有進(jìn)行電絕緣，那么很多電流就會(huì)浪費(fèi)，為了避免這樣的狀況，電絕緣就必須要用到，這就可見(jiàn)電絕緣是非常重要的。同時(shí)，在陰極保護(hù)當(dāng)中，被保護(hù)金屬之間的點(diǎn)連續(xù)性也是不可缺少的。因?yàn)殛帢O保護(hù)的進(jìn)行會(huì)涉及到安全問(wèn)題，所以它的應(yīng)用范圍會(huì)受到一定的限制。

5.小結(jié)

對(duì)于管道來(lái)說(shuō)，防腐蝕工作必須要做好，因此陰極保護(hù)就顯示出了它的重要作用。該技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展有高有低，在石油管道方面陰極保護(hù)工作做的相當(dāng)不錯(cuò)?，F(xiàn)在，中國(guó)的科技不斷發(fā)展，陰極保護(hù)技術(shù)也有了很大的提高，在國(guó)際上有了一定的地位。雖然進(jìn)步很大，但是不得不承認(rèn)在這方面我們還有很多不足之處，比如軟件和設(shè)備方面都跟不上。

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